JP2001104960A - 電気脱イオン装置 - Google Patents
電気脱イオン装置Info
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Abstract
換体の充填状態を改善することにより、高水質の処理水
を安定かつ確実に得る。 【解決手段】 イオン交換体の通水時容積が脱塩室容積
の101〜120%となるように、電気脱イオン装置の
脱塩室にイオン交換体を充填する。
Description
に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に
配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱
イオン装置(電気再生式脱イオン装置)に係り、特に、
この電気脱イオン装置の脱塩室に充填するイオン交換体
の充填密度を改善して、得られる脱イオン水の水質を高
めた電気脱イオン装置に関する。
製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業ないし研
究施設等において使用される脱イオン水の製造には、イ
オン交換樹脂のような再生を必要とせず、完全な連続採
水が可能で、極めて高純度の水を効率的に得ることがで
きるという優れた特長を備えることから、電気脱イオン
装置が多用されている。
のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して
脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換
体を充填した構成を有する。この電気脱イオン装置にあ
っては陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室に被処
理水を流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入させ被
処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造す
る。
成を示す分解図である。
極板2が配置され、この陰極電極板2の周縁部に枠状の
陰極用スペーサー3が重ね合わされる。この陰極用スペ
ーサー3の上にカチオン交換膜4、脱塩室形成用の枠状
フレーム5、アニオン交換膜6及び濃縮室形成用の枠状
フレーム7がこの順に重ね合わされる。このカチオン交
換膜4、脱塩室形成用の枠状フレーム5、アニオン交換
膜6及び濃縮室形成用の枠状フレーム7が1単位として
多数重ね合わされる。即ち、膜4、フレーム5、膜6、
フレーム7が連続して繰り返し積層される。最後のアニ
オン交換膜6に対し枠状の陽極用スペーサー8を介して
陽極電極板9が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプ
レート10が重ね合わされて積層体とされる。この積層
体はボルト等によって締め付けられる。
が脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂
等のイオン交換体5Rが充填される。また、濃縮室用フ
レーム7の内側スペースが濃縮室となっている。この濃
縮室にはメッシュスペーサー7Mなどが配置される。
2の間に直流電流を通じ、且つ被処理水(原水)を被処
理水流入ライン11を通して脱塩室内に通水せしめ、ま
た、濃縮水を濃縮水流入ライン12を通じて濃縮室内に
通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイオ
ン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中の
不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱イ
オン水流出ライン13を経て流出する。
室内を流下するときに、イオン交換膜4,6を介して移
動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃
縮した濃縮水として濃縮水流出ライン14より流出す
る。電極室にはそれぞれ導入ライン15,16及び取出
ライン17,18を介して電極水が流通される。
のような電気脱イオン装置において、電気抵抗を小さく
して処理の安定化を図るべく、脱塩室内に充填したイオ
ン交換体とイオン交換膜との間に0.1〜20kg/c
m2の圧力を発生させて、イオン交換体相互及びイオン
交換体とイオン交換膜との密着性を上げることが記載さ
れている。そして、同公報には脱塩室に充填するイオン
交換体を再生型の容積より容積を減少させた形に変換
し、自由状態でのイオン交換体再生型容積が脱塩室容積
に対して103%〜170%となる量のイオン交換体を
充填することが記載されている。ただし、同公報では、
通水時(使用状態)におけるイオン交換体の容積につい
ては検討されていない。
216729号公報に記載されるように、自由状態での
イオン交換体再生型容積が脱塩室容積に対して103〜
170%となるようにイオン交換体を充填しても、必ず
しも良好な水質の処理水が得られるわけではなく、処理
の安定性の面で問題があった。
脱イオン装置の脱塩室におけるイオン交換体の充填状態
を改善することにより、高水質の処理水を安定かつ確実
に得ることができるようにした電気脱イオン装置を提供
することを目的とする。
置は、陰極を備えてなる陰極室と陽極を備えてなる陽極
室との間に、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互
に配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、該脱塩室にイオ
ン交換体を充填した電気脱イオン装置において、該イオ
ン交換体の通水時容積が該脱塩室容積の101〜120
%であることを特徴とする。
イオン交換体の通水時の容積(このイオン交換体の容積
は、通水時の脱塩室の容積に相当する。)の、脱塩室容
積(この脱塩室容積とは、イオン交換体を充填する前の
脱塩室の容積である。)に対する割合(百分率)を「通
水時容積率」と称す場合がある。
と、イオン交換体同士及びイオン交換体とイオン交換膜
との接点数が増え、脱塩室内でのイオンの移動が容易に
なり、処理水の比抵抗が向上する。また、このようにイ
オン交換体の充填密度を高めると、濃縮室もスペーサー
を介して脱塩室のイオン交換体の膨潤により圧縮される
ことにより、脱塩室から濃縮室へのイオンの移動が速く
なり、脱塩が円滑に進行し、このことによっても、処理
水の比抵抗が向上する。
に記載されるように自由状態で脱塩室容積に対して10
3〜170%のイオン交換体を充填すると過充填となっ
て脱塩室の圧力損失が増え、処理水量が低下する上に、
濃縮室スペーサーのシールが不十分となる問題があり、
処理水の比抵抗が低下する場合がある。
0%となるように脱塩室にイオン交換体を充填するた
め、比抵抗18MΩ・cm以上の処理水を安定かつ確実
に得ることができる。
吸水により膨潤すると乾燥時の110〜130%程度に
容積が大きくなるようなイオン交換体を用い、このイオ
ン交換体を乾燥状態で、脱塩室の容積に対して80〜9
5%(以下、この割合を「乾燥充填率」と称す場合があ
る。)となるように、脱塩室に充填して通水時容積率が
101〜120%、好ましくは110%程度となるよう
にして作製するのが好ましい。
に説明する。
率が101〜120%となるように脱塩室にイオン交換
体を充填すること以外は、図2に示す一般的な電気脱イ
オン装置と同様の構成とされている。
オン交換体の充填量が不足して十分に比抵抗の高い処理
水を得ることができない。通水時容積率が120%を超
えるとイオン交換体の充填量が多過ぎて、濃縮室スペー
サーのシールが不十分となり、やはり処理水の比抵抗が
低下する。従って、通水時容積率は101〜120%、
特に105〜115%、とりわけ110%程度となるよ
うに充填するのが好ましい。
は、吸水により膨潤すると乾燥時の110〜130%程
度に容積が大きくなるようなイオン交換体を用い、この
イオン交換体を脱塩室に乾燥充填率80〜95%となる
ように充填し、通水時の膨潤状態において通水時容積率
が101〜120%となるようにするのが好ましい。
を充填すると、電気脱イオン装置の通水使用時にはイオ
ン交換体の吸水による膨潤で脱塩室を仕切るイオン交換
膜は濃縮室側に膨らんで、脱塩室はイオン交換体充填前
の厚みよりも厚みが増すことになるが、この厚みの増加
量は、各々濃縮室側に0.1〜1.0mm、合計で0.
2〜2.0mm程度であることが好ましい。
ては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維等を用いること
ができ、その充填方法には特に制限はなく、常法に従っ
て行うことができる。例えば、イオン交換樹脂をメタノ
ール洗浄し、真空乾燥機にかけて乾燥後、乾燥樹脂を脱
塩室に収納して電気脱イオン装置を組み立て、その後通
水して樹脂に水分を吸収させて膨潤させる方法を採用す
ることができる。
り具体的に説明する。
(650C、550A)を用い、陽イオン交換樹脂/陰
イオン交換樹脂=40/60(湿潤状態での容積比)で
混合したものを、まず、10%食塩水に浸漬して塩型に
変換した後、メタノールに浸漬して水分を溶媒置換し、
これを真空乾燥機に入れて約1.5torrで2〜3時
間乾燥後、デシケーター中に保管した。
の容積に比べて129%となるものである。この樹脂を
用いて図1に示す寸法の脱塩室及び濃縮室を有する電気
脱イオン装置を製作した。
まず、脱塩室フレーム21の両側に両面テープ24を貼
り、陽イオン交換膜22を貼り、次に乾燥状態のイオン
交換樹脂26を充填し、次に陰イオン交換膜23を貼っ
て脱塩室の構成単位を作製した。この脱塩室の構成単位
3枚と濃縮室スペーサー25(シール部25Bに取り付
けられたメッシュ部25Aは20メッシュ)2枚を交互
に重ねて150kgf・cmのトルクで締め付けて電気
脱イオン装置を作製し、脱塩室及び濃縮室に導電率8μ
s/cmの水を10分間供給してイオン交換樹脂を十分
に湿潤化させて膨潤させた。
塩室の容積は665mm×(2.5+0.18+0.1
8)mm×28mm×4リブ=213ccである。
92cc充填した。従って、乾燥充填率は90%(=1
92÷213×100)である。
両側の濃縮室側へイオン交換膜が膨らんで厚みが増え
る。この通水時のイオン交換体の容積に相当する通水時
の脱塩室の容積を調べるために、電気脱イオン装置の通
水後の解体の際に、樹脂を取り出す前に両側のイオン交
換膜が膨らんでいる状態で脱塩室厚さ(両側のイオン交
換膜を含む)をノギスで実測し、脱塩室の厚さをノギス
の実測値から両イオン交換膜の厚さを差し引いて求め
た。その結果、イオン交換膜にはシワがよっている部分
もあったが、ノギスの実測値は平均で3.6mmであ
り、脱塩室の厚さは3.2mm(3.6−(0.2+
0.2))であるとされた。従って、通水時の脱塩室の
容積は、238cc(=665mm×3.2mm×28
mm×4リブ)であると考えられる。
8÷213×100)である。
m,シリカ284ppb,pH7の水を電圧8.4V,
電流0.45Aの条件で通水して脱塩処理を行った。
と、得られた処理水の水質は表1に示す通りであった。
こと以外は実施例1と同様にして電気脱イオン装置を組
み立て、同様に脱塩処理を行って、得られた処理水の水
質を表1に示した。
ン装置によれば、著しく高純度の処理水を安定かつ確実
に製造することができる。
濃縮室を示す断面図である。
視図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 陰極を備えてなる陰極室と陽極を備えて
なる陽極室との間に陰イオン交換膜と陽イオン交換膜と
を交互に配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、該脱塩室
にイオン交換体を充填した電気脱イオン装置において、 該イオン交換体の通水時容積が該脱塩室容積の101〜
120%であることを特徴とする電気脱イオン装置。 - 【請求項2】 請求項1において、該脱塩室に充填され
るイオン交換体の乾燥時容積が該脱塩室の容積の80〜
95%であることを特徴とする電気脱イオン装置。
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